tóm tắt luận án tiến sĩ tự động hóa tính toán thiết kế, lựa chọn tường chắn đất hợp lý trong xây dựng đường ô tô ở chdcnd lào
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.81 MB, 27 trang )
Bộ giáo dục v đ o tạo
Trờng đại học giao thông vận tải
-----------------------------
VI KHONE SAY NHA VONG
tự động hóa tính toán thiết kế,
lựa chọn tờng chắn đất hợp lý trong xây
dựng đờng ôtô ở chdcnd lào
Chuyên ng nh
: Xây dựng ®−êng « t« v ®−êng th nh phè
M· sè
: 62.58.30.01
tãm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật
H Nội - 2011
công trình đợc hoàn thành tại
Trờng đại học giao thông vận tải
-----------------------------
thầy hớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Bùi Xuân Cậy
2. PGS.TS Trần Tuấn Hiệp
Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Xuân Đ o
Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Hữu Trí
Luận án đ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Bộ môn
Họp tại: Trờng Đại học Giao thông Vận tải
V o hồi 8 giờ 30' ng y 25 tháng 03 năm 2011
-1Mở đầu
1. Đặt vấn đề
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với nền đờng l sự ổn định to n khối. Sự ổn
định n y không những phải đảm bảo đợc trong quá trình thi công m còn cả trong quá
trình khai thác, nhất l các tuyến đờng đi qua khu vực miền núi. Công tác thiết kế đảm
bảo ổn định taluy nền đờng chiếm một vai trò quan trọng, khối lợng công việc lớn, do
vậy chi phí thờng rất lớn.
Hiện tợng sụt trợt taluy nền đờng đợc con ngời biết đến từ rất lâu. Các giải
pháp phòng chống đảm bảo ổn định cho các công trình cũng rất đa dạng. Tuy nhiên hiện
tợng n y luôn mang tính thêi sù bëi tÝnh bÊt ngê cïng víi nh÷ng hËu quả nghiêm trọng
khi nó xảy ra. H ng năm có rất nhiều vụ sụt trợt xảy ra v hậu quả do chúng để lại
thờng gây ra tổn thất lớn nh: thiệt hại về ngời, gây h hỏng các công trình, đình trệ
các quá trình sản xuất, lu thông, do vậy g©y l ng phÝ vỊ thêi gian v tiỊn cđa.
N−íc CHDCND L o l n−íc thc miỊn khÝ hËu nhiƯt ®íi giã mïa, nhiƯt ®é chªnh
lƯch cao, m−a nhiỊu, mét số vùng có lợng ma lớn v không đều trong năm. CHDCND
L o có diện tích phần lớn l đồi núi, có địa hình dốc, phân cắt mạnh v địa chất có cấu
trúc phức tạp. Khi các tuyến đờng cắt qua khu vực miền núi đến mùa ma thờng
xuyên phải đối mặt với những hiện tợng sạt lở taluy nền ®−êng, nhÊt l ë khu vùc cã
ho¹t ®éng cđa n−íc mặt v nớc ngầm diễn ra m nh liệt.
Nhng trong thời gian qua, giải pháp phòng chống sụt lở taluy nền đờng trên các
tuyến đờng ô tô ở L o đa số mang tính chất đề xuất phơng án xử lý khắc phục khẩn
cấp hoặc cấp cứu tạm thời để đảm bảo thông tuyến đờng khi đ có sự sụt trợt trên các
tuyến đờng xảy ra.
Theo báo cáo h ng năm của các Sở Giao thông Vận tải báo cáo lên Bộ trởng Bộ
Giao thông Vận tải L o thì tình trạng sụt trợt đất đá trên các tuyến đờng xảy ra thờng
xuyên, nhiều nhất l các tuyến đờng khu vực miền núi ở các tỉnh phía Bắc v các tỉnh
nằm dọc theo d y núi Trờng Sơn giáp biên giíi L o - ViƯt Nam nh−: QL1A, QL1C,
QL1D, QL1F, QL2E, QL3, QL4, QL5, QL6, QL7, QL8 QL12, QL13, QL18B... Nguyên
nhân l do ma nhiều v các giải pháp phòng chống sụt trợt cha đợc đa dạng.
Trong thời gian qua, các giải pháp phòng chống sụt trợt ở L o chủ yếu sử dụng
loại hình kết cấu tờng chắn trọng lực nh: tờng chắn đất đá xếp khan, tờng chắn đất
đá xây v tờng chắn đất rọ đá. Tờng chắn đất đá xếp khan đ đợc thi công trên tuyến
đờng QL13N, tờng chắn đất đá xây đợc thi công trên các tuyến đờng QL1C, QL3,
QL7 v QL13N, tờng chắn đất rọ đá đợc thi công trên các tuyến đờng QL1C, QL2E,
QL3, QL7, QL13, QL18B... Các kích thớc tờng chắn thờng lấy theo cấu tạo hoặc
thiết kế điển hình của nớc ngo i.
Các công trình tờng chắn đ đợc thiết kế v thi công chất lợng thờng kém v
tuổi thọ công trình thấp. Các dạng h hỏng nh: đất đá trên đỉnh tờng trợt xuống va
đập v lấp kín tờng chắn, kết cấu tờng bị biến dạng hoặc nứt gẫy do nền móng tờng
lún không đều. Nhiều trờng hợp to n bộ khối tờng chắn bị trôi mất do mái đất bị trợt
-2sâu. Nguyên nhân dẫn đến tờng chắn đất h hỏng ở L o l do: khi thiết kế tờng chắn
đất thờng chỉ đa ra cấu tạo cho phù hợp với địa hình, còn việc tính toán khả năng
chống lại áp lực đất lng tờng chắn v khả chịu tải của đất nền thờng cha đợc xét
đến. Mặc dù áp dụng thiết kế điển hình nhng lại không kiểm tra lại xem điều kiện ban
đầu đ đúng với tiêu chuẩn quy định trong bản thiết kế điển hình hay không v cũng
cha có một công trình n o có xét đến b i toán trợt sâu.
Từ đó dẫn đến việc cần thiết phải nghiên cứu kỹ việc tính toán, thiết kế tờng chắn
đất cho các công trình giao thông ở CHDCND L o. Đề t i nghiên cứu Tự động hoá
tính toán, thiết kế, lựa chọn tờng chắn đất hợp lý trong xây dựng đờng ô tô ở
CHDCND L o m nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn l cần thiết. Kết quả nghiên cứu
nhằm góp phần giải quyết các vấn đề nêu trên v áp dụng v o thực tế trong việc xây
dựng giao thông ở đất nớc mình.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu các dạng phá hoại kết cấu tờng chắn tại L o.
- Nghiên cứu các phơng pháp tính kết cấu tờng chắn hiện có, từ đó lựa chọn
phơng pháp tính hợp lý cho kết cấu tờng chắn.
- Nghiên cứu v phát triển phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát để tính kết cấu
tờng chắn (đặc biệt b i toán trợt sâu).
- Xây dựng chơng trình tính kết cấu tờng chắn trên máy tính.
- ứng dụng chơng trình tính kết cấu tờng chắn tối u hoá kết cấu tờng chắn
trọng lực.
3. Phạm vi nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu tính toán kết cấu tờng chắn trọng lực có xét đến khả năng chống lật
của tờng chắn, khả năng chịu tải của đất nền v b i toán trợt sâu.
- Cha xét đến ảnh hởng của mực nớc ngầm, kết cấu tờng chắn có gia cờng
neo, gia cờng vải địa kỹ thuật...
4. Phơng pháp nghiên cứu của luận án
- Khảo sát, thu thập, phân tích đánh giá số liệu, thông tin thực tế.
- Nghiên cứu lý thuyết v kết hợp lập trình tính trên máy tính.
5. Cấu trúc của luận án
Mở đầu.
Chơng 1: Khái quát về đặc điểm điều kiện tự nhiên, thực trạng mạng lới giao
thông, tình hình áp dụng kết cấu tờng chắn đất ở L o v một số loại hình tờng chắn
đất điển hình.
Chơng 2: Tổng quan về các phơng pháp tính toán tờng chắn đất.
Chơng 3: Phát triển phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát, tính áp lực đất lên
tờng chắn v ổn định trợt sâu kết cấu tờng chắn trọng lực.
Chơng 4: Tối u hóa tính toán lựa chọn kết cấu tờng chắn trọng lực hợp lý.
Kết luận v kiÕn nghÞ
-3Chơng 1: Khái quát về đặc điểm điều kiện tự nhiên, thực trạng
mạng lới giao thông, tình hình áp dụng kết cấu tờng chắn đất
ở Lào và một số loại hình tờng chắn đất điển hình
1.1 Đặc điểm về điều kiện tự nhiên của nớc CHDCND L o
1.2 Thực trạng mạng lới giao thông của L o
Hình 1.4 - Tình trạng sụt trợt taluy dơng đờng vùng núi.
Hình 1.5 - Tình trạng sụt trợt taluy âm đờng vùng núi.
1.3 Tình hình áp dụng kết cấu tờng chắn đất ở L o
- Tờng chắn đá xếp khan:
Hình 1.6 - Một số tờng chắn đá xếp khan ở L o.
-4- Tờng chắn đá xây:
Hình 1.7 - Một số tờng chắn đá xây ơ L o.
- Tờng chắn đất bằng rọ đá: xem hình 1.8.
Hình 1.8 - Một tờng chắn rọ đá ở L o.
1.4 Tình trạng h hỏng tờng chắn đất ở L o
Nói chung l các công trình tờng chắn đ đợc xây dựng ở L o có chất lợng
cha cao.
Hình 1.9 - Một số loại tờng chắn bị h hỏng ở L o.
Hình 1.10 - Một số loại tờng chắn bị h hỏng do trợt sâu ở L o.
-51.5 Tổng quan về tờng chắn đất điển hình
1.5.1 Tờng chắn trọng lực
1.5.2 Tờng mỏng bê tông cốt thép
1.5.3 Tờng chắn đất có cốt
1.6 Kết luận chơng 1
Chơng 2: tổng quan về CáC phơng pháp tính toán
tờng chắn đất
2.1 Tổng quan về phơng pháp tính toán tờng chắn đất
Về nguyên tắc tính toán tờng chắn đất, đối với mỗi một loại tờng chắn, tuỳ theo
kết cấu v khả năng chịu lực m có các phạm vi áp dụng khác nhau. Tuy nhiên, tất cả
các tính toán tờng chắn đều phải qua 3 bớc cơ bản, đó l :
- Bớc 1 : Tính toán xác định áp lực đất lên tờng chắn.
- Bớc 2 : Tính toán thiết kế kích thớc tờng chắn trên cơ sở kiểm toán 4 điều kiện
về độ bền của thân tờng, độ ổn định chống lật v chống trợt phẳng của tờng (kết cấu)
v độ ổn định của nền móng chân tờng dới tác động do áp lực đất đá v tải trọng
ngo i, kể cả ®éng ®Êt (nÕu cã) g©y ra.
- B−íc 3 : KiĨm toán ổn định của to n bộ công trình tờng chắn với sự ổn định
chung của nền đờng v mái dốc.
2.2 Tổng quan về các phơng pháp tính ổn định trợt sâu
2.2.1 Nhóm phơng pháp phân tích trạng thái ứng suất biến dạng
2.2.2 Nhóm phơng pháp cân bằng giới hạn
2.3 Nhận xét chung
- Các phơng pháp tính toán tờng chắn truyền thống cho phép tính áp lực đất khá tốt
giúp giải quyết b i toán về cờng độ, ổn định trợt v ổn định lật.
- Về ổn định trợt sâu tờng chắn, các phơng pháp truyền thống còn ít đề cập
hoặc có đề cập nhng mức độ còn đơn giản nh phơng pháp tính ổn định mặt trợt
cung tròn.
- Do đó, có thể kết luận: cần nghiên cứu một phơng pháp mới v o tính toán áp lực
đất, tính toán ổn định chống lật, ổn định trợt sâu cho tờng chắn. Chính vì vậy, tác giả
luận án lựa chọn nghiên cứu v phát triển phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát v o
trong tính toán áp lực đất, tính toán ổn định chống lật, ổn định trợt sâu cho tờng chắn
đất.
-6CHƯƠNG 3: PHáT TRIểN PHƯƠNG PHáP CÂN BằNG GIớI HạN TổNG QUáT
TíNH áp lực đất lên TƯờNG CHắN và ổn định trợt sâu kết cấu
tờng chắn TRọNG LựC
3.1 Giới thiệu phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát
3.1.1 Mô tả chung về phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát
Phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát (Generalized Limit Equilibrium MethodGLEM) l sự phát triển của phơng pháp đờng trợt tổng quát đợc đa ra bởi nhóm tác
giả Enoki v cộng sự (1990), trong đó tất cả các b i toán trạng thái giới hạn nh: khả
năng chịu tải, ổn định mái dốc v áp lực đất có thể giải quyết [36], (xem hình 3.1).
Vn+1
Hn+1
n+1
Mặt trợt giữa khối
i
H1
V1
1
1 2
n
2
Mặt trợt đáy
Hình 3.1 - Sơ đồ các khối trợt trong GLEM.
Đặc điểm chính của GLEM l :
1). Lăng thể trợt đợc chia th nh những khối trợt dạng tứ giác v tam giác. Các
khối đợc giới hạn bởi mặt đáy, mặt trong v mặt trên. Mặt trợt chính đợc tạo bởi
những mặt phẳng đáy khối liên tiếp nhau, vì vậy mặt trợt chính có thể có hình dạng bất
kỳ (mặt trợt tròn hoặc không tròn) với mặt lõm hớng v o trong.
2). Khi mái đất bị mất ổn định, trạng thái cân bằng giới hạn có thể xảy ra cả trên
mặt phẳng đáy khối v mặt phẳng trong khối.
3). Chỉ điều kiện cân bằng lực đợc sử dụng, không cần điều kiện cân bằng mômen.
Để l m rõ sự khác nhau của phơng pháp cân bằng giới hạn (LEM) v phơng pháp cân
bằng giới hạn tổng quát (GLEM), tác giả luận án đ lập bảng so sánh, (xem bảng 3.1).
Bảng 3.1 - So sánh giữa LEM v GLEM
LEM
GLEM
- Khối trợt đợc coi nh một cố thể. Khi tính toán
ổn định mái dốc, khối trợt đợc chia th nh các khối
với mặt đáy của khối l mặt trợt v mặt giữa các
khối l thẳng đứng.
- Điều kiện trợt chỉ xảy ra trên mặt phẳng đáy khối
trợt.
- Có đa ra phân tích lực tơng tác giữa các khối
chia nhng khi tính toán lại đa ra các giả thiết
nhằm đơn giản hóa trong tính toán.
- Ưu điểm l việc tính toán đơn giản, có thể dùng để
giải quyết nhiều trờng hợp phức tạp của mái dốc v
khối lợng tính toán không lớn.
- Nhợc điểm l phơng pháp luận cha phù hợp với
phơng pháp đờng trợt.
- Khối trợt đợc chia th nh các khối dạng tam
giác v tứ giác với mặt đáy v mặt phẳng trong
giữa các khối đều l mặt trợt có độ nghiêng bất
kỳ.
- Điều kiện trợt xảy ra cả trên mặt phẳng đáy
v mặt phẳng giữa khối chia.
- Có xét sự tơng tác giữa các khối chia v xác
định đợc các lực tơng tác giữa các mảnh.
- Ưu điểm l phơng pháp luận phù hợp với kết
quả của phơng pháp đờng trợt.
- Nhợc điểm l việc tính toán phức tạp, khối
lợng tính to¸n lín.
-7Phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát có thể áp dụng để giải tất cả các b i toán trạng
thái giới hạn của kết cấu địa kỹ thuật trong đó bao gồm tính toán ổn định mái dốc, sức
chịu tải của nền đờng v áp lực tờng chắn... Các điều kiện biên có thể thay đổi, mái
dốc có thể phải xếp tải thêm... Do đó, tác giả luận án quyết định nghiên cứu phơng
pháp cân bằng giới hạn tổng quát v áp dụng v o tính toán ổn định trợt sâu tờng chắn
đất trọng lực.
3.1.2 Mô hình tính v các phơng trình cơ bản trong phơng pháp
cân bằng
giới hạn tổng quát
3.1.2.1 Mô hình tính trong phơng pháp GLEM
3.1.2.2 Các phơng trình cơ bản trong phơng pháp GLEM
Xét các lực tác dụng lên khối trợt thứ i (i = 1ữn), (xem hình 3.3).
Pi+1
Pi
Wi
i
i-1
i
Hình 3.3 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i.
Trong đó:
i - góc nghiêng của mặt phẳng đáy khối thứ i so với mặt nằm ngang.
Ri, Ri+1 - độ d i của mặt phẳng giữa khối thứ i, i+1.
Si - độ d i của mặt phẳng đáy khối thứ i.
Hi, Hi+1 - lực pháp tuyến trên mặt phẳng giữa khối thứ i, i+1.
Vi, Vi+1 - lực tiếp tuyến trên mặt phẳng giữa khối thứ i, i+1.
i, i+1 - góc nghiêng của mặt phẳng giữa khối thứ i v thứ i+1 so với mặt
phẳng nằm ngang.
Ni - lực pháp tuyến trên mặt phẳng thứ i của mặt trợt chính.
Ti - lực tiếp tuyến trên mặt phẳng thứ i của mặt trợt chính.
Sự cân bằng của khối thứ i đợc chỉ ra, (xem hình 3.3), bao quanh bởi mặt phẳng
đáy thứ i, mặt phẳng giữa khối thứ i v i+1, đợc lập th nh công thức sau:
<Điều kiện cân bằng của khối>
- Chiếu tất cả các lực tác dụng lên khối trợt theo phơng pháp tuyến của mặt
phẳng đáy ta có:
Wi cos i + H i cos α i − Vi sin α i − H i +1 cos α i +1 + Vi +1 sin α i +1 = N i
(3-1)
-8- Chiếu tất cả các lực tác dụng lên khối trợt theo phơng tiếp tuyến của mặt phẳng
đáy ta có:
Wi sin β i − H i sin α i − Vi cos α i + H i +1 sin α i +1 + Vi +1 cos α i +1 = Ti
(3-2)
Trong ®ã:
α i = θi − βi
α i +1 = i +1 i
<Điều kiện trợt của khối>
- Trên mặt phẳng đáy khối thứ i:
Ti =
k ( N itg + cSi )
Fs
(3-3)
- Trên mặt phẳng giữa khối:
mi ( H itg + cRi )
Fsi
m ( H tg ϕ + cRi +1 )
Vi +1 = i +1 i +1
Fsi
Vi =
(3-4)
(3-5)
Trong ®ã:
c v - cờng độ lực dính v góc ma sát trong của đất.
Wi - trọng lợng của khối thứ i.
Fs, Fsi - hệ số ổn định trên mặt trợt đáy khối v giữa khối.
k v mi, mi+1- tham số để xác định hớng của lực tiếp tuyến trên mặt phẳng
đáy khối v giữa khối.
k - thông số xác định hớng của T1, ..., Tn
k = +1 khi các khối trợt về phía trái
k = -1 khi các khối trợt về phía phải
mi - thông số xác định hớng của V1,... Vn+1
mi = +1 khi mặt phẳng đáy bị lõm tại điểm i
mi = -1 khi mặt phẳng đáy bị lồi tại điểm i
Đối với b i toán ổn định mái dèc, k = 1 v mi= 1.
3.1.3 ThiÕt lËp b i toán v phơng pháp giải trong GLEM
3.1.3.1 Thiết lập b i toán trong GLEM
Khi một lăng thể trợt, (xem hình 3.2) đợc xem xét cho b i toán mái dốc, lực
pháp tuyến v tiếp tuyến trên mặt phẳng giữa khối đầu tiên (H1 v V1) đợc đa v o nh
tải trọng ngo i, còn lực pháp tuyến v tiếp tuyến trên đỉnh mái dốc của khối thứ n+1
(Hn+1 v Vn+1) nh lực tác dụng xuống mặt nền đỉnh, hệ số ổn định mặt phẳng giữa khối
Fsi v hệ số ổn định mặt phẳng đáy khối Fs l hệ số cần tìm.
Số khối trợt l n, số mặt phẳng đáy khối trên đó hệ số ổn định chung đợc xác
định l n, số mặt phẳng giữa khối trên đó hệ số ổn định đợc xác định l n-1.
-93.1.3.2 So sánh số phơng trình v số ẩn
Bảng 3.2 - So sánh số phơng trình v số ẩn trong b i toán ổn định mái dốc.
ẩn số
Phơng trình
Điều kiện cân bằng:
- Theo hớng Ni
- Theo hớng Ti
Điều kiện phá hoại:
- Trên mặt phẳng đáy khối
- Trên mặt phẳng giữa khối
Tổng cộng
n
n
n
n-1
Lực trên mặt phẳng đáy khối:
- Lực pháp tuyến Ni
- Lực tiếp tuyến Ti
Lực trên mặt phẳng giữa khối:
- Lùc ph¸p tun Hi
- Lùc tiÕp tun Vi
HƯ sè ỉn định:
- Trên mặt phẳng đáy khối Fs
- Trên mặt phẳng giữa khối Fsi
n
n
n-1
n-1
1
n-1
5n-2
4n-1
Trong bảng 3.2 cho thấy đây l b i toán siêu tĩnh, số ẩn lớn hơn số phơng trình.
Để giải hệ phơng trình trên ta có thể giả định với một trong hai trờng hợp sau:
- Trờng hợp thứ nhất: Giả định giống với phơng pháp cân bằng giới hạn truyền
thống coi khối trợt l vật thể nguyên khối, điều đó có nghĩa l hệ số ổn định Fsi đợc
giả định bằng vô cùng lớn v hiện tợng phá hoại trợt dẻo chỉ xảy ra trên mặt trợt
chính (mặt phẳng đáy khối). Nh vậy ta có số phơng tr×nh b»ng sè Èn l (4n-1), nh−
vËy chóng ta ho n to n giải đợc phơng trình trên v sẽ tìm đợc giá trị Fs=Fsmin.
- Trờng hợp thứ hai: Khi mái dốc phá hoại, hiện tợng phá hoại trợt dẻo không
những xảy ra trên mặt phẳng đáy khối m còn xảy ra trên các mặt trong khối. Giả định
n y phù hợp với lý thuyết đờng trợt. Điều đó có nghĩa l Fs=Fsi. Nh vậy ta có số
phơng trình bằng sè Èn (4n-1), nh− vËy chóng ta ho n to n giải đợc phơng trình trên
v sẽ tìm đợc Fs=Fsi=Fsmed.
H n +1 +
1
gn
g g K g2
g g K g1
hn +
hn −1 + L + n n −1
h1 − n n −1
H1 = 0
fn
f n f n −1
f n f n 1 L f1
f n f n 1 L f1
(3-16)
Phơng trình (3-16) chính l phơng trình cân bằng giới hạn tổng quát (phơng
trình chìa khoá) m sẽ hình th nh quan hệ giữa các đại lợng H1; Hn+1; Fsi; Fs. Nh vËy
sÏ cã hai b i to¸n:
B i to¸n 1: NÕu ta biết đợc các ngoại lực tác dụng H1, Hn+1 v Fs = Fsi ta sẽ xác
định đợc giá trị Fs (đây chính l b i toán đánh giá khả năng ổn định mái dốc).
B i toán 2: Nếu biết H1+1 v Fs = Fsi = 1 ta sÏ x¸c định đợc giá trị còn lại của H1
(đây chính l b i toán xác định khả năng mang tải của mái dốc).
3.1.4 Thuật toán tối u tìm mặt trợt nguy hiểm
3.1.4.1 Nguyên tắc xác định mặt trợt nguy hiểm
3.1.4.2 Các tọa độ sử dụng trong quá trình tối u hóa
3.1.4.3 Phơng pháp lặp Newton để xác định mặt trợt nguy hiểm
3.1.4.4 Thuật toán tối u tìm hệ số ổn định nhỏ nhất Fsmin
Bớc 1: Cho các giá trị ban đầu:
[ ] - sai sè cho phÐp.
dx - sè gia ®đ nhỏ (không đợc lấy nhỏ hơn sai số cho phép).
- 10 n - sè l−ỵng khèi chia.
X i0 - giá trị các biến của hệ phơng trình khối trợt ban đầu. Với:
{
}
= {(XP , XP ,.., XP ), (YP , YP ,.., YP ), (R , R ,.., R ), (θ
X i0 = x10 , x 0 ,.., x i0 ,.., x 0
2
m
0
1
0
2
T
0
n +1
0
0
1
0
0
0
0
0
n +1
2
1
2
n +1
1
,θ 20 ,..,θ n0+1
)}
T
Gi¶i phơng trình (3-16) v hệ phơng trình (3-28) ta đợc giá trị hệ số ổn định ban
đầu Fs0 với giá trị X i0 ban đầu.
Bớc 2: Tính số gia X i0 ; Víi:
{
}
= {(∆XP , ∆XP ,.., ∆XP ), (∆YP , ∆YP ,.., ∆YP ), (∆R , ∆R ,.., ∆R ), (∆θ
∆X i0 = ∆x10 , ∆x 0 ,.., ∆x 0 ,.., ∆x 0
2
i
m
0
1
0
2
0
n +1
T
0
0
0
0
0
0
0
2
1
n +1
1
2
n +1
1
, ∆θ 20 ,.., n0+1
)}
T
Giải hệ phơng trình (3-28) tính đợc số gia X i0 ban đầu
Bớc 3: Tính giá trị các biến míi X i0
X i1 = X i0 + ∆ X i0
Bớc 4: Tính Fs1.
Giải phơng trình (3-16) v hệ phơng trình (3-28) ta đợc giá trị hệ số ổn định Fs1
với giá trị các biến X i1 .
Bớc 5: Tính sai sè ε.
ε=
Fs 1 − Fs0
Fs 0
B−íc 6: So s¸nh
- Nếu [] thì dừng quá trình tính toán. Giá trị Fsmin = Fs1 .
- Nếu > [] thì quay lại quá trình lặp lấy X i0 = X i1
3.2 Phát triển GLEM tính tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất đồng nhất
3.2.1 Phát triển GLEM tính toán áp lực đất chủ động lên tờng chắn trong trờng
hợp đất đồng nhất
3.2.1.1 Mô hình tính v các phơng trình tính áp lực đất chủ động lên tờng chắn
trong trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
n+1
n+1
Pi
Rn
n
n
Mặt trợt
i+1 i+1
R1 R2
1
1
Ri
i
i
i
2
2
1
Hình 3.9 - Sơ đồ khối chia trờng hợp tính ¸p lùc ®Êt chđ ®éng b»ng GLEM.
- 11 - Các phơng trình tính áp lực đất chủ động lên tờng chắn trong trờng hợp
đất đồng nhất bằng GLEM:
Pi Pi+1
i+1
Wi
i+1
i
i
i
Hình 3.10 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i trong trờng hợp tính ¸p lùc ®Êt
chđ ®éng b»ng GLEM .
3.2.1.2 ThiÕt lËp b i toán v phơng pháp giải b i toán tính ¸p lùc ®Êt chđ ®éng
b»ng GLEM
- ThiÕt lËp b i toán tính áp lực đất chủ động lên tờng chắn trong trờng hợp
đất đồng nhất bằng GLEM:
- So sánh số phơng trình v số ẩn:
Bảng 3.3 - So sánh số phơng trình v số ẩn trờng hợp tính áp lực đất chủ động.
Phơng trình
Điều kiện cân bằng:
- Theo phơng Ni
- Theo phơng Ti
Điều kiện phá hoại:
- Trên mặt phẳng đáy khối
- Trên mặt phẳng giữa khối
Tổng cộng
Số ẩn
n
n
n
n
4n
Lực trên mặt phẳng đáy khối:
- Lực pháp tuyến Ni
- Lực tiếp tuyến Ti
Lực trên mặt phẳng giữa khối:
- Lực pháp tuyến Hi
- Lực tiếp tuyến Vi
n
n
n
n
4n
- Kỹ thuật giải phơng trình tính áp lực đất chủ động lên tờng chắn trong
trờng hợp ®Êt ®ång nhÊt theo GLEM:
Eax =
f
f f
f K f n −2 f n −1
f K f n −1 f n
1
h1 + 1 h2 + 1 2 h3 + L + 1
hn + 1
H n +1
g1
g1 g 2
g1 g 2 g3
g1 K g n−1 g n
g1 K g n −1 g n
(3-30)
3.2.1.3 Nguyên tắc xác định mặt trợt nguy hiểm trong b i toán tính áp lực đất chủ
động bằng GLEM
3.2.1.4 Thuật toán tối u hóa tính toán áp lực đất chủ động Eax
Bớc 1. Cho các giá trị ban đầu:
[ ] - sai sè cho phÐp.
dx - sè gia ®đ nhỏ (không đợc lấy nhỏ hơn sai số cho phép).
n - số lợng khối chia.
X i0 - giá trị các biến của hệ phơng trình khối trợt ban đầu.
- 12 0
0
X i0 = {x10 , x2 ,.., xi0 ,.., xm }T
0
0
0
= {( XP 0 , XP20 ,.., XPn0+1 ), (YP 0 , YP20 ,.., YPn0+1 ), ( R10 , R2 ,.., Rn +1 ), (θ1 , θ0 ,.., 0 +1 )}T
n
1
1
2
0
Giải phơng trình (3-29) ta tính đợc giá trị áp lực đất chủ động Eax với X i0 ban
đầu v đợc mặt trợt ban đầu.
Bớc 2. Tính số gia ∆X i0 .
0
0
∆X i0 = {∆x10 , ∆x2 ,.., ∆xi0 ,.., ∆xm }T
0
0
0
= {(∆XP0 , ∆XP20 ,.., ∆XPn0+1 ),(∆YP0 , ∆YP20 ,.., ∆YPn0+1 ), (∆R10 , ∆R2 ,.., ∆Rn+1 ),(1 , 0 ,.., 0 +1 )}T
n
1
1
2
Giải hệ phơng trình (3-28) tính đợc X i0 .
Bớc 3. Tính giá trị c¸c biÕn X i1 .
X i1 = X i0 − X i0
1
Giải phơng trình (3-30) ta tính đợc giá trị ¸p lùc ®Êt chđ ®éng Eax víi X i1 míi v
có mặt trợt mới.
Bớc 4: Tính sai số .
=
1
0
Eax − Eax
0
Eax
B−íc 5: So s¸nh sai sè.
1
- NÕu ε ≤ [] thì dừng quá trình tính toán. Giá trị Eax = Eax .
- Nếu > [] thì quay lại quá trình lặp bớc 1 tính lại X i0 = X i1 .
3.2.2 Ph¸t triĨn GLEM tÝnh to¸n ¸p lùc đất bị động lên tờng chắn trờng hợp đất
đồng nhất
3.2.2.1 Mô hình tính v phơng trình tính áp lực đất bị động lên tờng chắn trờng
hợp đất đồng nhất bằng GLEM
3.2.2.2 Thiết lập b i toán v phơng pháp giải b i toán tính áp lực đất bị động theo
GLEM
- Thiết lập b i toán tính áp lực đất bị động lên tờng chắn trong trờng hợp đất
đồng nhất theo GLEM:
- So sánh số phơng trình v số ẩn:
Số phơng trình v số ẩn đợc tổng hợp trên bảng 3.4 dới đây:
Bảng 3.4 - So sánh số phơng trình v số ẩn trờng hợp tính áp lực đất bị động.
Phơng trình
Điều kiện cân bằng:
- Theo phơng Ni
- Theo phơng Ti
Điều kiện phá hoại:
- Trên mặt phẳng đáy khối
- Trên mặt phẳng giữa khối
Tổng cộng
Số ẩn
n
n
n
n
4n
Lực trên mặt phẳng đáy khối:
- Lực pháp tuyến Ni
- Lực tiếp tuyến Ti
Lực trên mặt phẳng giữa khối:
- Lực pháp tuyến Hi
- Lực tiếp tuyến Vi
n
n
n
n
4n
- 13 - Kỹ thuật giải phơng trình tính áp lực đất bị động lên tờng chắn trong trờng
hợp đất ®ång nhÊt theo GLEM:
E px =
f
f f
f K f n −2 f n −1
f K f n −1 f n
1
h1 + 1 h2 + 1 2 h3 + L + 1
hn + 1
H n +1
g1
g1 g 2
g1 g 2 g3
g1 K g n−1 g n
g1 K g n −1 g n
(3-35)
3.2.2.3 Nguyên tắc xác định mặt trợt nguy hiểm trong b i toán tính áp lực đất bị
động bằng GLEM
3.2.2.4 Thuật toán tối u hóa tính toán áp lực đất bị động Epx
Bớc 1. Cho các giá trị ban đầu:
[ ] - sai sè cho phÐp.
dx - sè gia ®đ nhỏ (không đợc lấy nhỏ hơn sai số cho phép).
n - số lợng khối chia.
X i0 - giá trị các biến của hệ phơng trình khối trợt ban đầu.
0
0
X i0 = {x10 , x2 ,.., xi0 ,.., xm }T
0
0
0
= {( XP 0 , XP20 ,.., XPn0+1 ), (YP 0 , YP20 ,.., YPn0+1 ), ( R10 , R2 ,.., Rn +1 ), (1 , 0 ,.., 0 +1 )}T
1
1
2
n
0
Giải phơng trình (3-35) ta tính đợc giá trị áp lực đất chủ động E px với X i0 ban
đầu v đợc mặt trợt ban đầu.
Bớc 2. Tính số gia X i0 .
0
0
∆X i0 = {∆x10 , ∆x2 ,.., ∆xi0 ,.., ∆xm }T
0
0
0
= {(∆XP 0 , ∆XP20 ,.., ∆XPn0+1 ), (∆YP 0 , ∆YP20 ,.., ∆YPn0+1 ), (∆R10 , ∆R2 ,.., ∆Rn +1 ), (∆θ1 , ∆θ0 ,.., ∆θ0 +1 )}T
1
1
2
n
Gi¶i hƯ phơng trình (3-28) tính đợc X i0 .
Bớc 3. Tính giá trị các biến X i1 .
X i1 = X i0 + X i0
Giải phơng trình (3-35) ta tính đợc giá trị áp lực đất chủ động E1 với X i1 mới v
px
có mặt trợt mới.
Bớc 4: Tính sai sè ε .
ε=
0
E1 − E px
px
E0
px
B−íc 5: So s¸nh sai số.
- Nếu [] thì dừng quá trình tính toán. Giá trị E px = E1 .
px
0
- Nếu > [] thì quay lại quá trình lặp bớc 1 tính lại X i = X i1 .
3.2.3 Phơng pháp tính toán ổn định lật của tờng chắn trọng lực trong trờng hợp
đất đồng nhất bằng GLEM
- 14 a1
1
0
2
Wktc
Htt
hy
ay
aw
att
Hình 3.17 - Sơ đồ tính toán hệ số ổn định lật của tờng chắn trọng lực trong
trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM.
Độ ổn định chống lật đổ của tờng chắn quanh mũi tờng đợc biểu thị bằng hệ số
ổn định K0 bằng tỉ số giữa mômen giữ cho tờng chắn ổn định với mômen gây lật đổ, hệ
số n y không đợc nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép [K] đợc xác định theo công thøc
nh− sau:
Mômen gi
K0 =
Mômen gây l t
=
Wktc .aw + Eay .ax
Eax .a y
[K]
(3-47)
3.3 Phát triển phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát tính toán ổn định trợt
sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất đồng nhất
Để tính toán ổn định trợt sâu của tờng chắn trọng lực, tác giả luận án đ nghiên
cứu v phát triển GLEM v o tính toán ổn định trợt sâu tờng chắn thông qua hệ số ổn
định trong 3 trờng hợp nh sau:
- Trờng hợp 1: Tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp mặt
trợt chính trợt ở đáy móng tờng.
- Trờng hợp 2: Tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp mặt
trợt chính trợt qua gãc gãt mãng t−êng.
- Tr−êng hỵp 3: TÝnh ỉn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp mặt
trợt chính trợt sâu bất kỳ.
3.3.1 Mô hình tính v các phơng trình cơ bản ổn định trợt sâu tờng chắn trọng
lực trong trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
3.3.1.1 Mô hình tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất
đồng nhất bằng GLEM
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy móng tờng chắn:
- 15 0
Mặt trợt tự do
qi
R1
1 R
2
P1P2
R3
2
PiPn
P3
3
...
Rn
Ri Ri+1
i
Rn+1
i+1
i
n
i+1
i
Hình 3.18 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chính trợt ở đáy móng tờng chắn.
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót móng tờng chắn:
PnPn+1
Rn+1
0
n
Rn
qi
R1
R2
1
P1P2
R3
2
Pi
P3
3
...
Ri Ri+1
i
i
i+1
i+1
i
Hình 3.19 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chÝnh tr−ỵt qua gãc gãt mãng t−êng b»ng GLEM.
- Tr−êng hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ:
PnPn+1
0
Rn+1
n
Rn
qi
R1
R2 P1P2
R3
2
Pi
P3
1
3
...
Ri Ri+1
i
i+1
i+1
i
Hình 3.20 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chính trợt sâu bất kú.
- 16 3.3.1.2 Các phơng trình cơ bản tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong
trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
Xét các lực tác dụng lên khối thứ i trong phơng pháp tính ổn định trợt sâu tờng
chắn trọng lực trong trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM cả ba trờng hợp đều đợc
chỉ ra trên (hình 3.21).
Pi Pi+1
Wi
i+1
i
i+1
i
i
Hình 3.21 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i trong trờng hợp tính
ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực.
3.3.2 Thiết lập b i toán v phơng pháp giải b i toán tính ổn định trợt sâu tờng
chắn trọng lực trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
- So sánh số phơng trình v số ẩn:
Bảng 3.5 - So sánh số phơng trình v số ẩn trong b i toán tính ổn định trợt sâu
tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất đồng nhất.
Phơng trình
ẩn số
Điều kiện cân bằng:
- Theo hớng Ni
- Theo hớng Ti
Điều kiện phá hoại:
- Trên mặt phẳng đáy khối
- Trên mặt phẳng giữa khối
Tổng cộng
Lực trên mặt phẳng đáy khối:
- Lực pháp tuyến Ni
- Lực tiếp tuyến Ti
Lực trên mặt phẳng giữa khối:
- Lực pháp tuyến Hi
- Lực tiếp tuyến Vi
Hệ số ổn định:
- Trên mặt phẳng đáy khối Fs
- Trên mặt phẳng giữa khối Fsi
n
n
n
n-1
4n-1
n
n
n-1
n-1
1
n-1
5n-2
3.3.3 Nguyên tắc xác định mặt trợt nguy hiểm trong b i toán tính ổn định
trợt sâu tờng chắn trọng lực trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy tờng chắn bằng GLEM:
Y
XP1XP2
XP3
XPi
O
YP1YP2
YP3
X
YPi
qi
R1
X1,Y1 S 1
1
R2
X2,Y2 S2
X3,Y3
Rn+1
R3
2
S3
3
...
Ri+1
Ri
i
Si
Xi,Yi
Rn
n
Sn
Xn+1,Yn+1
Xn,Yn
Xi+1,Yi+1
Hình 3.22 - Sơ đồ tọa độ các điểm của khối trợt trong quá tr×nh
- 17 tối u hóa trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy tờng chắn trọng lực.
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót tờng chắn bằng GLEM:
Y
XPnXPn+1
Xn+1,Yn+1
YPnYPn+1
Rn+1
XP1XP2
XP3
XPi
O
YP1YP2
YP3
X
n
Rn
YPi
Sn
qi
R
X1,Y1 S 1 1
1
R2
X2,Y2 S2
X3,Y3
Xn,Yn
R3
2
3
...
S3
Ri+1
Ri
i
Si
Xi,Yi
Xi+1,Yi+1
Hình 3.23 - Sơ đồ tọa độ các điểm của khối trợt trong quá trình tối u hóa trờng
hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót tờng chắn.
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ bằng GLEM:
Y
XPnXPn+1
YPnYPn+1
XP1XP2
XP3
Xn+1,Yn+1
Rn+1
XPi
O
YP1YP2
YP3
X
n
Rn
Sn
YPi
qi
Xn,Yn
R1
X1,Y1 S1 1 R
2
X2,Y2 S2
X3,Y3
R3
2
3
S3
...
Ri+1
Ri
i
Si
Xi,Yi
Xi+1,Yi+1
Hình 3.24 - Sơ đồ tọa độ của các điểm khối trợt trong quá trình tối u hóa trờng
hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ.
3.4 Phát triển GLEM tính tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất nhiều lớp
3.4.1 Mô hình tính v các phơng trình cơ bản tính tờng chắn trọng lực trong
trờng hợp đất nhiều lớp bằng GLEM
- Mô hình tính áp lực đất lên tờng chắn trọng lực trong trờng hợp ®Êt nhiỊu líp:
Pn≡Pn+1
n
Pi+1
Ri+1
Wi+1
Wtc
P1≡P2
R1
Wmt
i
Pi
Ri
2
1
§Êt líp 1
θi+1
Wi S
i
θi
βi
§Êt líp 2
§Êt líp 3
§Êt lớp k
Hình 3.25 - Sơ đồ các khối trợt trong tính toán áp lực đất chủ động trờng hợp
đất nhiều líp b»ng GLEM.
- 18 Pi+1
i+1
Wi+1
i
Pi
Wi Si
i
Đờng phân hai lớp đất
i
Hình 3.26 - Các lực tác dụng lên khối trợt thứ i trong tính áp lực đất chủ động
trờng hợp đất nhiều lớp bằng GLEM.
- Mô hình tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất
nhiều lớp:
1). Trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy tờng chắn:
Đất lớp 1
0
Đất lớp 2
qi
Đất lớp 3
S1
R1
PiPn
1
R2
S2
P 1 P 2
R3
Rn+1
P3
2
Ri
i
Ri+1
Rn
n
Sn
Đất lớp k
Si
Hình 3.29 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chính trợt ở đáy móng tờng bằng GLEM.
2). Trờng hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót tờng chắn:
PnPn+1
Rn+1
n
Rn
Sn
Đất lớp 1
Đất lớp 2
qi
Đất lớp 3
S1
R1
1
R2
S2
P1P2
R3
2
PiPn
P3
Ri
i
Ri+1
Đất lớp k
Si
Hình 3.30 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chính trợt qua gãc gãt mãng t−êng b»ng GLEM.
- 19 3). Trờng hợp mặt trợt chính trợt sâu bÊt kú:
Pn≡Pn+1
Rn+1
n Sn
Rn
§Êt líp 1
§Êt líp 2
qi
S1
R1
§Êt líp 3
Pi≡Pn
1
R2
P1≡P2
R3
2
S2
P3
Ri
i
§Êt líp k
Ri+1
Si
Hình 3.31 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ bằng GLEM.
Chơng 4: tối u hoá lựa chọn kết cấu tờng chắn
TRọNG LựC hợp lý
4.1 Nguyên tắc chung
+). Để quyết định lựa chọn dạng kết cấu tờng chắn hợp lý thì chúng ta phải căn cứ v o
các điều kiện sau đây:
- Căn cứ v o điều kiện địa chất.
- Căn cứ v o điều kiện địa hình, địa mạo.
- Căn cứ v o điều kiện thuỷ lực, thuỷ văn.
- Căn cứ v o tính năng sử dụng công trình.
- Căn cứ v o vị trí đặt tờng chắn.
+). Khi đ chọn đợc dạng kết cấu tờng chắn hợp lý thì tiến h nh tối u hoá kích thớc
hình học tờng chắn tơng ứng với dạng đ chọn. Trong luận án n y NCS chọn dạng kết
cấu tờng chắn trọng lực.
4.2 Các quy ớc về kích thớc hình học tờng chắn trọng lực
a1
Htc
2
1
Htt
Ftc
b1
h1 c1
b2
c2
a2
0
a0
Fm
h2
Hình 4.1 - Sơ đồ cấu tạo tờng chắn trọng lực.
4.3 Mô hình b i toán tối u hoá
4.3.1 H m mục tiêu
Đối với b i toán tối u hoá kích thớc hình học tờng chắn trọng lực có h m mục
tiêu nh trong công thøc (4.1).
fklvl(x1, x2, ..., xn) → Min
(4.1)
- 20 Trong đó:
fklvl - h m khối lợng vật liệu để xây dựng tờng chắn trọng lực.
Xi - các tham số biến đổi (kích thớc hình học của tờng chắn trọng lực).
Nếu xét một đơn vị chiều d i tờng chắn thì h m khối lợng vật liệu (fklvl) bằng
tổng khối lợng vật liệu l m thân tờng chắn v khối lợng vật liệu l m móng tờng
chắn.
4.3.2 Điều kiện r ng buộc
- Điều kiện về cờng độ: thân tờng chắn phải đảm bảo đợc cờng độ đủ khả năng
chống đợc ngoại lực nh: lực cắt của áp lực đất sau thân tờng, lực nén thẳng đứng
hoặc lực va đập v đất đáy móng cũng phải đảm bảo cờng độ đủ khả năng đỡ đợc
trọng lợng to n khối tờng chắn không bị lún cục bộ hoặc lún không đều.
- Điều kiện ổn định: khối tờng chắn phải đảm bảo đợc điều kiện ổn định v đợc
đánh giá qua hệ số ổn định nhỏ nhất phải lớn hơn hoặc bằng hệ số ổn định cho phép nh
trong công thức (4.2).
K min = Min ( K 0 , Fs* , Fs** ,Fs*** ) ≥ [ K ]
(4.2)
min
min
min
Trong ®ã:
K 0 - hệ số ổn định chống lật của tờng chắn quay quanh mũi chân tờng.
Fs* - hệ số ổn định nhỏ nhất trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy móng
min
tờng.
Fs** - hệ số ổn định nhỏ nhất trờng hợp mặt tr−ỵt chÝnh tr−ỵt qua gãc gãt
min
mãng t−êng.
Fs*** - hƯ sè ổn định nhỏ nhất trờng hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ.
min
[ K ] - hệ số ổn định cho phép theo quy trình.
Đối với điều kiện của L o, NCS để nghị lấy giá trị của [K] nh sau:
[ K ] = 1,5 đối với ổn định lật tờng chắn.
[ K ] = 1,5 đối với ổn định trợt ở đáy móng tờng chắn.
[ K ] = 1,3 đối với ổn định trợt qua góc gót móng tờng chắn.
[ K ] = 1,4 đối với ổn định trợt sâu bất kỳ.
Trong luận án n y, NCS không đề cËp ®Õn ®iỊu kiƯn vỊ c−êng ®é m chØ quan tâm
đến điều kiện ổn định.
4.4 Các trờng hợp tính toán
4.4.1 B i to¸n 1: TÝnh to¸n, lùa chän kÕt cÊu tờng chắn trọng lực hợp lý cho
trờng hợp đất đồng nhất
Giả sử, tính toán thiết kế tờng chắn trọng lực cho nền đờng đắp cao 6m, với đất
đắp sau lng tờng l mặt phẳng nằm ngang 0=0. Đất đắp đợc dùng l đất tại chỗ
thuộc loại đất rời cđ = 0, góc ma sát trong đ=350 v trọng lợng thể tích đ =1,8 T/m3.
Giải b i toán 1
Tác giả luận án đá trình b y các bớc tính toán chi tiÕt b i to¸n 1 trong phơ lơc 1
v h−íng dẫn sử dụng chơng trình tính trong phụ lục 3 cđa ln ¸n.
- 21 - Bảng so sánh kết quả tính toán giữa phơng pháp Coulomb v GLEM, (xem hình 4.5).
Htc = 6 m
S TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
a1
(m)
α1
α2
(đ )
(đ )
5.0
0.40
7.5
10.0
5.0
0.50
7.5
10.0
5.0
0.60
Tính theo Coulomb
Kích thư c k t c u tư ng ch n, (m)
7.5
10.0
c1
c2
a2
a0
h1
h2
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
1.45
1.71
1.98
1.71
1.98
2.25
1.98
2.25
2.52
1.55
1.81
2.08
1.81
2.08
2.35
2.08
2.35
2.62
1.65
1.91
2.18
1.91
2.18
2.45
2.18
2.45
2.72
2.35
2.61
2.88
2.61
2.88
3.15
2.88
3.15
3.42
2.45
2.71
2.98
2.71
2.98
3.25
2.98
3.25
3.52
2.55
2.81
3.08
2.81
3.08
3.35
3.08
3.35
3.62
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
Di n tích tư ng ch n, (m2)
Ftc
Fm
∑F
5.55
6.34
7.15
6.34
7.14
7.94
7.15
7.94
8.75
6.15
6.94
7.75
6.94
7.74
8.54
7.75
8.54
9.35
6.75
7.54
8.35
7.54
8.34
9.14
8.35
9.14
9.95
2.35
2.61
2.88
2.61
2.88
3.15
2.88
3.15
3.42
2.45
2.71
2.98
2.71
2.98
3.25
2.98
3.25
3.52
2.55
2.81
3.08
2.81
3.08
3.35
3.08
3.35
3.62
7.90
8.96
10.03
8.96
10.02
11.09
10.03
11.09
12.16
8.60
9.66
10.73
9.66
10.72
11.79
10.73
11.79
12.86
9.30
10.36
11.43
10.36
11.42
12.49
11.43
12.49
13.56
Tr ng lư ng tư ng ch n, (T/m3)
Wtc
Wm
∑W
12.21
13.96
15.73
13.96
15.71
17.48
15.73
17.48
19.25
13.53
15.28
17.05
15.28
17.03
18.80
17.05
18.80
20.57
14.85
16.60
18.37
16.60
18.35
20.12
18.37
20.12
21.89
5.17
5.75
6.34
5.75
6.34
6.93
6.34
6.93
7.52
5.39
5.97
6.56
5.97
6.56
7.15
6.56
7.15
7.74
5.61
6.19
6.78
6.19
6.78
7.37
6.78
7.37
7.96
17.38
19.71
22.07
19.71
22.04
24.40
22.07
24.40
26.76
18.92
21.25
23.61
21.25
23.58
25.94
23.61
25.94
28.30
20.46
22.79
25.15
22.79
25.12
27.48
25.15
27.48
29.84
Áp l c đ t
H s
Tính theo GLEM
n ñ nh
Áp l c ñ t
Eax
Eay
K0
Eax
Eay
13.3708
13.3708
13.3708
14.2597
14.2597
14.2597
15.2288
15.2288
15.2288
11.8980
11.8980
11.8980
12.7696
12.7696
12.7696
13..7210
13..7211
13..7212
11.8980
11.8980
11.8980
12.7696
12.7696
12.7696
13..7210
13..7211
13..7212
3.3840
3.3840
3.3840
4.0889
4.0889
4.0889
4.3668
4.3668
4.3668
3.7514
3.7514
3.7514
4.0262
4.0262
4.0262
4.3262
4.3262
4.3262
3.7514
3.7514
3.7514
4.0262
4.0262
4.0262
4.3262
4.3262
4.3262
0.9954
1.2570
1.5552
1.2074
1.5022
1.8387
1.4596
1.7975
2.1851
1.1106
1.3888
1.7043
1.3345
1.6476
2.0037
1.6023
1.9614
2.3721
1.2320
1.5271
1.8601
1.4685
1.8001
2.1765
1.7530
2.1340
2.5684
13.3336
13.3336
13.3336
14.1620
14.1620
14.1620
14.8390
14.8390
14.8390
11.8137
11.8137
11.8137
12.6786
12.6786
12.6786
13.5460
13.5460
13.5460
11.8595
11.8595
11.8595
12.6786
12.6786
12.6786
13.5460
13.5460
13.5460
3.8241
3.8241
3.8241
4.0609
4.0609
4.0609
4.2550
4.2550
4.2550
3.7393
3.7393
3.7393
3.9975
3.9975
3.9975
4.2710
4.2710
4.2710
3.7393
3.7393
3.7393
3.9975
3.9975
3.9975
4.2710
4.2710
4.2710
H s
n ñ nh
K0
0.9973
1.2595
1.5584
1.2135
1.5100
1.8485
1.4876
1.8330
2.2294
1.1127
1.3916
1.7078
1.3413
1.6564
2.0146
1.6336
2.001
2.4208
1.2344
1.5302
1.8640
1.4276
1.8101
2.1884
1.7694
2.1545
2.5936
H×nh 4.5 - Bảng thống kê v so sánh kết quả tính K0 giữa phơng pháp Coulomb v GLEM.
4). Tổng hợp kết quả v lựa chọn kết cấu tờng chắn hợp lý
Theo bảng thống kê, (xem hình 4.12) đ đề xuất 27 phơng án v so sánh các kết quả tính đợc thì phơng án 26 có tổng
khối lợng vật liệu l nhỏ nhất so với các phơng án đều đạt yêu cầu về các điều kiện ổn định. Vậy phơng án 26 l phơng án
hợp lý nhất.
- 22 B ng th ng kê và so sánh k t qu tính tốn
Htc = 6 m
S TT
a1
(m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
α2
(đ )
5.0
0.4
7.5
10.0
5.0
0.5
7.5
10.0
5.0
0.6
7.5
10.0
α1
Di n tích (m2)
Kích thư c (m)
Tr ng lư ng (T/m3)
H sú n ủ nh
(ủ )
c1
c2
a2
a0
h1
h2
Ftc
Fm
F
Wtc
Wm
W
K0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
1.45
1.71
1.98
1.71
1.98
2.25
1.98
2.25
2.52
1.55
1.81
2.08
1.81
2.08
2.35
2.08
2.35
2.62
1.65
1.91
2.18
1.91
2.18
2.45
2.18
2.45
2.72
2.35
2.61
2.88
2.61
2.88
3.15
2.88
3.15
3.42
2.45
2.71
2.98
2.71
2.98
3.25
2.98
3.25
3.52
2.55
2.81
3.08
2.81
3.08
3.35
3.08
3.35
3.62
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
5.55
6.34
7.15
6.34
7.14
7.94
7.15
7.94
8.75
6.15
6.94
7.75
6.94
7.74
8.54
7.75
8.54
9.35
6.75
7.54
8.35
7.54
8.34
9.14
8.35
9.14
9.95
2.35
2.61
2.88
2.61
2.88
3.15
2.88
3.15
3.42
2.45
2.71
2.98
2.71
2.98
3.25
2.98
3.25
3.52
2.55
2.81
3.08
2.81
3.08
3.35
3.08
3.35
3.62
7.90
8.96
10.03
8.96
10.02
11.09
10.03
11.09
12.16
8.60
9.66
10.73
9.66
10.72
11.79
10.73
11.79
12.86
9.30
10.36
11.43
10.36
11.42
12.49
11.43
12.49
13.56
12.21
13.96
15.73
13.96
15.71
17.48
15.73
17.48
19.25
13.53
15.28
17.05
15.28
17.03
18.80
17.05
18.80
20.57
14.85
16.60
18.37
16.60
18.35
20.12
18.37
20.12
21.89
5.17
5.75
6.34
5.75
6.34
6.93
6.34
6.93
7.52
5.39
5.97
6.56
5.97
6.56
7.15
6.56
7.15
7.74
5.61
6.19
6.78
6.19
6.78
7.37
6.78
7.37
7.96
17.38
19.71
22.07
19.71
22.04
24.40
22.07
24.40
26.76
18.92
21.25
23.61
21.25
23.58
25.94
23.61
25.94
28.30
20.46
22.79
25.15
22.79
25.12
27.48
25.15
27.48
29.84
0.997
1.260
1.558
1.214
1.510
1.849
1.488
1.833
2.229
1.113
1.392
1.708
1.341
1.656
2.015
1.634
2.001
2.421
1.234
1.530
1.864
1.428
1.810
2.188
1.769
2.155
2.594
*
Fmin
1.795
1.950
2.078
1.886
2.025
2.167
1.976
2.098
2.199
1.870
1.957
2.081
1.896
2.035
2.169
1.986
2.133
2.268
1.870
2.013
2.160
1.909
2.046
2.179
2.002
2.142
2.254
**
Fmin
**
Fmed
1.131
1.169
1.207
1.175
1.212
1.252
1.219
1.258
1.298
1.134
1.187
1.224
1.193
1.230
1.270
1.237
1.276
1.316
1.182
1.219
1.259
1.225
1.265
1.305
1.272
1.312
1.352
1.352
1.390
1.430
1.392
1.433
1.474
1.436
1.478
1.520
1.367
1.406
1.447
1.409
1.450
1.492
1.454
1.496
1.538
1.382
1.423
1.464
1.425
1.467
1.509
1.471
1.514
1.554
**
F min*
1.253
1.290
1.326
1.294
1.330
1.365
1.334
1.369
1.405
1.269
1.305
1.342
1.309
1.345
1.380
1.350
1.385
1.420
1.284
1.321
1.356
1.325
1.360
1.396
1.364
1.400
1.435
***
Fmed
1.436
1.480
1.524
1.480
1.534
1.543
1.526
1.543
1.583
1.453
1.497
1.541
1.497
1.541
1.577
1.543
1.577
1.587
1.470
1.514
1.541
1.514
1.541
1.580
1.541
1.580
1.591
Hình 4.12 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán v so sánh để lựa chọn phơng án hợp lý nhất.
4.4.2 B i toán 2: tính toán, lựa chọn kết cấu tờng chắn trọng lực hợp lý cho trờng hợp đất nhiều lớp
Giả sử, tính toán thiết kế tờng chắn trọng lực cho taluy đất đ o cao 6m, gồm có 4 lớp đất, mỗi lớp có tính chất cơ lý khác
nhau, đặt tên lớp theo thứ tự 1ữ4 tính từ trên xuống dới nh sau:
- Lớp mặt trên cùng nghiêng một góc dl0 = 350 ,
- Líp thø 1: cã chiỊu cao H dl1 = 1m , góc nghiêng đáy dl1 = 00 , gãc ma s¸t trong ϕdl1 = 27 0 , c−êng ®é lùc dÝnh
cdl1 = 0,51 T/m2 v träng l−ỵng thĨ tÝch γ dl1 = 1,5 T/m3.
- 23 - Líp thø 2: cã chiỊu cao H dl2 = 2m , góc nghiêng đáy dl2 = 00 , gãc ma s¸t trong γ dl2 = 310 , cờng độ lực dính
cdl2 = 0.34 T/m2 v trọng lợng thĨ tÝch γ dl2 = 1,65 T/m3.
- Líp thø 3: cã chiỊu cao H dl3 = 4m , gãc nghiªng ®¸y βdl3 = 00 , gãc ma s¸t trong γ dl3 = 350 , c−êng ®é lùc dÝnh
cdl3 = 0, 22 T/m2 v träng l−ỵng thĨ tÝch γ dl3 = 1,8 T/m3.
- Líp thø 4: gãc ma s¸t trong γ dl4 = 350 , c−êng ®é lùc dÝnh cdl4 = 0 T/m2 v träng l−ỵng thĨ tÝch γ dl4 = 1,9 T/m3.
Giải b i toán 2:
Tác giả luận án đá trình b y các bớc tính toán chi tiết b i to¸n 2 trong phơ lơc 2 v h−íng dÉn sử dụng chơng trình tính
trong phụ lục 3 của luận án.
4). Tổng hợp kết quả v lựa chọn kết cấu tờng chắn hợp lý
Theo bảng thống kê, (xem hình 4.21) để xuất 15 phơng án v so sánh các kết quả tính đợc thì phơng án 10 có khối lợng vật
liệu nhỏ nhất so với các phơng án đều đạt yêu cầu về các điều kiện ổn định. Vậy phơng án 10 l phơng án hợp lý nhất.
Hình 4.21 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán v so sánh để lựa chọn phơng án hợp lý.
